王春林， 方 豪,2

（1.赤峰學(xué)院 資源環(huán)境與建筑工程學(xué)院； 2.內(nèi)蒙古富龍供熱工程技術(shù)有限公司， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 專業(yè)建設(shè)背景

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型， 提出2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)和2060年前碳中和愿景[1]。作為其中的具體措施，2021年3月， 中華人民共和國(guó)財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)保部等單位聯(lián)合發(fā)文，對(duì)冬季實(shí)行清潔取暖且有改造需求的北方地區(qū)地級(jí)以上城市進(jìn)行獎(jiǎng)補(bǔ)，連續(xù)支持三年，工業(yè)余熱、生物質(zhì)能等多種方式均在此列。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北方城鎮(zhèn)供暖地區(qū)的高能耗工業(yè)余熱可提供約20%的城鎮(zhèn)供暖，熱電聯(lián)產(chǎn)余熱回收可提供80%的城鎮(zhèn)供暖，從總體上可實(shí)現(xiàn)大幅度降低現(xiàn)有的化石能源采暖，從而實(shí)現(xiàn)低碳、清潔的供暖方式。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技革命和產(chǎn)業(yè)變革迫切需要高等教育不斷提升創(chuàng)新能力，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中發(fā)揮引領(lǐng)和支撐作用[2]。 本科高等學(xué)校的專業(yè)及專業(yè)課程的設(shè)計(jì)，需要綜合考量學(xué)校的定位、人才就業(yè)出口、本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀等因素。作為以供熱、供燃?xì)鉃橹饕瞬排囵B(yǎng)方向的赤峰學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，具備以下課程特色：

1.2016 年，赤峰學(xué)院入選“產(chǎn)教融合發(fā)展工程建設(shè)規(guī)劃項(xiàng)目應(yīng)用型本科院?！盵3]；

2. 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè) （以下簡(jiǎn)稱“建環(huán)“）是以能源技術(shù)為主，與建筑、機(jī)械、信息技術(shù)等多專業(yè)的交叉應(yīng)用型學(xué)科。 與人類基本需求“衣、食、住、行”均緊密相關(guān)；

3.工業(yè)余熱對(duì)清潔供暖的作用顯著，在供熱系統(tǒng)中應(yīng)作為重要的補(bǔ)充熱源，承擔(dān)末端熱用戶的基礎(chǔ)負(fù)荷[4]。

赤峰學(xué)院的建環(huán)專業(yè)，是“產(chǎn)學(xué)研用”合作辦學(xué)的典型案例。 《工業(yè)余熱利用》的課程設(shè)計(jì)，要求在課程定位上對(duì)位專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)；在教學(xué)組織上與供熱行業(yè)深度合作；內(nèi)容上包含宏觀的分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、推測(cè)供熱需求和供給側(cè)的變化，微觀的各行各業(yè)的工業(yè)余熱利用技術(shù)的專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐案例等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)整合；在考核評(píng)價(jià)上面向企業(yè)的技術(shù)需求。 為此，本文進(jìn)行如下教學(xué)設(shè)計(jì)：

2 學(xué)情分析與教學(xué)痛點(diǎn)

2.1 學(xué)情分析

本課程屬于初開課程， 在課程的目標(biāo)設(shè)計(jì)、內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、效果評(píng)價(jià)等各環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)學(xué)生的具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析。 圍繞學(xué)生的心理、課程在課程體系中的作用、學(xué)生接受知識(shí)的差異、學(xué)習(xí)方法和潛在問(wèn)題進(jìn)行綜合考量，通過(guò)觀察、談話、調(diào)研、書面材料和測(cè)驗(yàn)等形式進(jìn)行教學(xué)過(guò)程的反饋和改良修正。 按照培養(yǎng)目標(biāo)的要求，在溝通與交往能力、解決工程問(wèn)題的能力、學(xué)習(xí)參與能力、課程體系與教學(xué)質(zhì)量滿意度、實(shí)習(xí)時(shí)間滿意度等多方面[5]進(jìn)行綜合評(píng)估。

調(diào)查研究法中， 應(yīng)用線上教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)電子平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容掌握的典型評(píng)價(jià)。主要通過(guò)思維導(dǎo)圖、發(fā)散論點(diǎn)等方法來(lái)分析工業(yè)余熱熱源信息及其相關(guān)性；通過(guò)實(shí)踐調(diào)查案例讓學(xué)生掌握信息統(tǒng)計(jì)工作中的側(cè)重點(diǎn)；通過(guò)論文綱要來(lái)指導(dǎo)學(xué)生的工程報(bào)告寫作及工程匯報(bào)技巧[6]。

圖1 學(xué)情分析過(guò)程及主要內(nèi)容

2.2 課程特征提取

工業(yè)余熱利用并未以一門專業(yè)課程出現(xiàn)在《高等學(xué)校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范（2013年版）》中，課程內(nèi)容的類比和參照資源較少，具備新技術(shù)和交叉學(xué)科兩個(gè)顯著特征：

2.2.1 新技術(shù)特征顯著

（1）技術(shù)需求前景巨大，但現(xiàn)有成熟的技術(shù)方案不多；

（2）目前無(wú)可參考的教材；

（3）缺乏典型的工程案例作為支撐點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.2.2 交叉學(xué)科特點(diǎn)鮮明

（1）熱源工藝復(fù)雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；

（2）不同行業(yè)的分析方法、取熱流程差異很大；

（3）不同地區(qū)的特點(diǎn)不同，相關(guān)的分析成果較少；

2.3 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

結(jié)合學(xué)生的學(xué)情分析結(jié)果和課程特征，《工業(yè)余熱利用》課程的主要目標(biāo)是使學(xué)生掌握建立低品位工業(yè)余熱信息統(tǒng)計(jì)的方法體系，利用建立的理論方法與工具，定性描述低品位工業(yè)余應(yīng)用于城鎮(zhèn)集中供暖各關(guān)鍵問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)，掌握定量地進(jìn)行熱源選擇的優(yōu)化方法，能夠在系統(tǒng)全局及局部環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。 具體包括：分析工業(yè)余熱的供暖過(guò)程、選擇最優(yōu)取熱流程、設(shè)計(jì)適合低品位工業(yè)余熱供暖系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法。為畢業(yè)設(shè)計(jì)中的能源綜合利用提供一個(gè)技術(shù)選擇路徑。課程定位在建環(huán)專業(yè)中的能源應(yīng)用專業(yè)領(lǐng)域中，并根據(jù)專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)課程思政。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)模式

教學(xué)模式的設(shè)計(jì)主要根據(jù)學(xué)生的學(xué)情、專業(yè)定位、課程定位進(jìn)行課堂教學(xué)組織。 本課程與實(shí)踐結(jié)合的較為緊密，教學(xué)過(guò)程的特點(diǎn)更接近于職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)的特征。課程建設(shè)需要緊密貼合行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全面掌握相關(guān)行業(yè)的能源使用現(xiàn)狀、利用好互聯(lián)網(wǎng)的信息整合功能優(yōu)勢(shì)，與時(shí)俱進(jìn)的進(jìn)行行業(yè)發(fā)展的動(dòng)態(tài)分析[7]。

教學(xué)模式主要選用范例教學(xué)、 引導(dǎo)-發(fā)現(xiàn)教學(xué)（問(wèn)題-探究教學(xué)）， 通過(guò)項(xiàng)目化的課題設(shè)計(jì)， 利用“探索—翻轉(zhuǎn)—應(yīng)用”模式進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化[8]，通過(guò)ISAS(Information Search and Analysis Skill 信息搜索和分析技能)進(jìn)行綜合工程能力的訓(xùn)練[9]。 設(shè)計(jì)指導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間，選擇具備挑戰(zhàn)性、前瞻性的主題，通過(guò)團(tuán)隊(duì)分工完成信息搜集、分析、演講、課題研究報(bào)告等環(huán)節(jié)，在知識(shí)性工具的學(xué)習(xí)和使用、信息技術(shù)的選擇、溝通表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)同等方面進(jìn)行綜合訓(xùn)練，在難度設(shè)計(jì)上由淺入深、在題目選擇上從宏觀到微觀， 通過(guò)研討的形式探索行業(yè)的最新應(yīng)用技術(shù)，如下圖。 通過(guò)四個(gè)大作業(yè)的設(shè)計(jì)，預(yù)留作業(yè)，教學(xué)活動(dòng)以解決問(wèn)題為中心， 在教師指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題通過(guò)自己的活動(dòng)找到答案。 課上教師以案例教學(xué)介紹問(wèn)題的其中1 種以上的解決方案，進(jìn)行問(wèn)題啟發(fā)。每次教學(xué)過(guò)程，經(jīng)過(guò)四個(gè)階段，即教師講解、案例分析、技術(shù)討論、翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)過(guò)程，將認(rèn)知過(guò)程，由教師主導(dǎo)逐步向?qū)W生學(xué)習(xí)推動(dòng)，形成教學(xué)的漸進(jìn)式過(guò)渡。并將研究分析方法在第一時(shí)間介紹給學(xué)生，使得學(xué)生在研究問(wèn)題的時(shí)候有明確的方向，從而獲得良好的教學(xué)效果。

圖2 《工業(yè)余熱利用》的教學(xué)模式

教學(xué)內(nèi)容上，從國(guó)家宏觀的能源信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)入手，參照典型工程的示范數(shù)據(jù)，以熱源、熱網(wǎng)、熱用戶各點(diǎn)的最新優(yōu)化技術(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行衡量比較，通過(guò)分地域、分行業(yè)兩種方式逐步進(jìn)行能源總量的細(xì)分。 逐步展開學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度，力求更加深入的進(jìn)行工程問(wèn)題的分析和探索。

教學(xué)活動(dòng)組織中， 培養(yǎng)學(xué)生組織工程項(xiàng)目、參與工程項(xiàng)目的能力。 特別是對(duì)帶頭人的要求，提出具體明確的組長(zhǎng)責(zé)任：與課代表、助教及時(shí)溝通，明確大作業(yè)意圖和要求；召集討論，確定匯報(bào)思路；合理分工，大作業(yè)任務(wù)拆解；聯(lián)系組員，及時(shí)完成相應(yīng)內(nèi)容；整體把關(guān)，查漏補(bǔ)缺。

3.2 思政融入

課程思政是高校為解決培養(yǎng)什么樣的人、為誰(shuí)培養(yǎng)人、如何培養(yǎng)人這個(gè)根本問(wèn)題而必須開展的教學(xué)研究工作[10]。 本課程圍繞專業(yè)發(fā)展史、社會(huì)發(fā)展史，結(jié)合工程案例，以過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)發(fā)展等3 個(gè)階段，通過(guò)線上教學(xué)資料發(fā)布、課上的案例講述、小組學(xué)習(xí)過(guò)程中感悟、學(xué)生匯報(bào)中的認(rèn)知分享等步驟完成。

圖3 課程思政元素的設(shè)計(jì)

3.3 課程教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

基于模塊化培養(yǎng)工程應(yīng)用能力的《工業(yè)余熱利用》“4×4”教學(xué)模式。即按照4 個(gè)課程主要學(xué)習(xí)的目標(biāo)，即余熱總量、熱源選擇、熱量輸配、熱用戶優(yōu)化，分別設(shè)置大作業(yè)，每個(gè)階段目標(biāo)按照不同的模式細(xì)分為4 個(gè)主題，即國(guó)內(nèi)余熱總量估算、某項(xiàng)目典型余熱應(yīng)用技術(shù)、按地域的余熱量估算、按行業(yè)的與熱量估算等。開課即布置本學(xué)期的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容，分組完成，教師進(jìn)行授課，提出解決方案。 在工程案例中穿插課程思政要求，培養(yǎng)高尚的情操。

課程教學(xué)可總結(jié)為“4+3+2+2+1”：

4 個(gè)階段，即4 次大作業(yè)；

3 種授課模式，線下講授、翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合模式；

2 種教學(xué)過(guò)程，即教師或行業(yè)專家講、學(xué)生完成作業(yè)后的匯報(bào)2 個(gè)過(guò)程；

2 種研究視角，即全國(guó)、全球的工業(yè)余熱總量的宏觀視角，和某企業(yè)、某熱源的余熱總量估算方法的微觀視角

1 種學(xué)習(xí)組織。 通過(guò)分組完成的方式，鍛煉學(xué)生的科技活動(dòng)、 工程項(xiàng)目的組織能力和執(zhí)行能力，著力進(jìn)行應(yīng)用型課程教學(xué)改革。

3.4 教學(xué)評(píng)價(jià)方法

教學(xué)評(píng)價(jià)采用大作業(yè)綜合評(píng)分為主要考核方式，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案。 分組完成4 次大作業(yè)的PPT 及研究報(bào)告，課上隨機(jī)的小作業(yè)。 每次作業(yè)由不同的同學(xué)擔(dān)任組長(zhǎng)，不得重復(fù)，組長(zhǎng)有明確的責(zé)任，設(shè)置獨(dú)立加分項(xiàng)， 鍛煉學(xué)生的組織協(xié)調(diào)和任務(wù)協(xié)同能力。

因本課程為研究性課程，課程內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)答案不唯一，故課程的考核，不以考試論成敗，以學(xué)習(xí)探索的態(tài)度、自主完成研究工作的效率、主要結(jié)論的創(chuàng)新性作為考核的標(biāo)注，考核過(guò)程受評(píng)閱教師主觀因素影響。 考核評(píng)價(jià)工作中，每次不少于3 位從事工業(yè)余熱相關(guān)領(lǐng)域研究工作的教師、行業(yè)、企業(yè)的專家學(xué)者共同參與，以綜合成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)讓學(xué)生在同行的提問(wèn)中思考和成長(zhǎng)。

4 教學(xué)效果

4.1 教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)效果評(píng)價(jià)，采用小作業(yè)檢查工具性的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)情況，大作業(yè)檢查特定工程問(wèn)題分析處理能力， 出勤和加分綜合考察學(xué)習(xí)態(tài)度和平時(shí)表現(xiàn)，總分上限不突破100 分。課程綜合成績(jī)結(jié)果，中等、優(yōu)秀的比例數(shù)較小，良好的比例較高，體現(xiàn)了一定的區(qū)分度， 避免了在過(guò)程評(píng)價(jià)中的區(qū)分度較小的問(wèn)題[11]。 大作業(yè)的評(píng)價(jià)，采用一名教師、一名行業(yè)專家、一名本專業(yè)畢業(yè)生、一名其他高校專家組成評(píng)價(jià)小組，各專家從不同角度制定評(píng)分方案，最后進(jìn)行綜合打分。

表1 成績(jī)占比分析

為更好地進(jìn)行每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分析，用5分梯度的曲面圖， 來(lái)表示在不同作業(yè)中的綜合表現(xiàn)，如下圖。圖中橫坐標(biāo)表示學(xué)生個(gè)體，縱坐標(biāo)表示作業(yè)任務(wù)，圖中的線，反映每次作業(yè)的綜合表現(xiàn)，探索不同作業(yè)任務(wù)條件下的學(xué)生短板和優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，以便為學(xué)生綜合能力的評(píng)估做準(zhǔn)備。 以小作業(yè)3 為例，從圖中可看出，成績(jī)?cè)?5-80 分的比例較高，相對(duì)于其他的作業(yè)，成績(jī)較低，在作業(yè)難度上可能偏大，下一步的教學(xué)計(jì)劃需要在此做一定的加強(qiáng)； 以第15 號(hào)學(xué)生為例，最高分出現(xiàn)在小作業(yè)2、4，成績(jī)?cè)?5-100，小作業(yè)3 相對(duì)較弱。 在后續(xù)課程的暑期供熱調(diào)研的實(shí)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)中，便可以建議該同學(xué)帶頭參加與小作業(yè)2、4 相關(guān)的調(diào)研工作，關(guān)注自身薄弱環(huán)節(jié)，向相關(guān)類別成績(jī)較高的同學(xué)交流學(xué)習(xí)，形成共同進(jìn)步。

圖4 作業(yè)成績(jī)分布圖

4.2 社會(huì)服務(wù)及科研成果

通過(guò)研究式的教學(xué)過(guò)程獲得科研成果。教師方面，2019年發(fā)表3 篇學(xué)術(shù)論文，其中1 篇獲得2020年 “領(lǐng)跑者5000 中國(guó)精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文”；學(xué)生成果方面，每年培養(yǎng)1 名從事工業(yè)余熱相關(guān)工作的畢業(yè)生， 已畢業(yè)2 屆學(xué)生，2 人均獲得優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)，1 人的研究成果發(fā)表在《區(qū)域供熱》雜志， 論文獲得第二屆中國(guó)供熱學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文，收錄在2019 中國(guó)供熱優(yōu)秀論文集。 相關(guān)研究受到供熱行業(yè)的重視，在工業(yè)余熱清潔供暖的宏觀設(shè)計(jì)方面提供了重要的參考。

教學(xué)模式區(qū)域成熟，大作業(yè)結(jié)合工程案例的教學(xué)方法，通過(guò)3 屆學(xué)生的培養(yǎng)，現(xiàn)已基本穩(wěn)定，每年逐步更新教學(xué)內(nèi)容和案例數(shù)據(jù)，使得每年的教學(xué)內(nèi)容隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)而變化，同學(xué)們畢業(yè)后能直接應(yīng)用于相關(guān)工作，獲得了行業(yè)認(rèn)可。

5 小結(jié)

通過(guò)課程4 輪的教學(xué)實(shí)踐，以《工業(yè)余熱利用》為典型專業(yè)課程的新建課程，在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中有如下特點(diǎn)：

1.課程定位在應(yīng)用能力的培育。 課堂教學(xué)為工程案例的研究服務(wù)，以實(shí)際問(wèn)題的多變和多維解決途徑，以發(fā)散的思維引導(dǎo)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)真實(shí)案例、與工程的運(yùn)行進(jìn)行互動(dòng)，作為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的考核依據(jù)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中解決工程問(wèn)題。

2.動(dòng)態(tài)組織教學(xué)內(nèi)容。 每年分析一個(gè)典型的工業(yè)余熱系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與不同年份、不同地區(qū)的案例進(jìn)行橫向、縱向比較，提高學(xué)生的全面分析和解決工程問(wèn)題的能力。

3.學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主角。 學(xué)習(xí)活動(dòng)中，將監(jiān)督、組織、管理學(xué)生課后學(xué)習(xí)的工作，以組長(zhǎng)的形式下放。教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，由課代表、各題目的組長(zhǎng)進(jìn)行總體安排，形成良性的管理機(jī)制。 在管理活動(dòng)中， 鍛煉學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作和項(xiàng)目組織管理的能力，為將來(lái)學(xué)生從事工程管理、組織做準(zhǔn)備。

4.學(xué)習(xí)成果與社會(huì)服務(wù)相結(jié)合。 學(xué)習(xí)成果就是研究成果，經(jīng)過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的打磨，向行業(yè)推送，提高服務(wù)行業(yè)的能力。